冷库温度实时巡回检测系统设计*

　　摘要：针对冷库温度实时检测的需要，设计了一个冷库温度实时巡回检测系统。系统由硬件和软件两部分组成，硬件部分主要包括DS18B20检测电路、显示电路、报警电路、晶振电路、复位电路等，软件部分主要包括串口温度采集与显示、超限报警、用户信息管理等。实验表明，系统工作稳定，达到预期的目的。

　　关键词：温度检测；实时巡回；DS18B20；报警电路

　　DOI：10.3969/j.issn.1005-5517.2016.1.008

　　*项目名称：西安工业大学校长科研基金项目（XAGDXJJ－1315）

　　引言

　　随着社会的发展，人们对冷藏、冷冻食品质量要求不断提高，而食品外观及营养成分的变化与冷库的温度密切相关，不同的食品有不同的冷藏或冷冻温度，不同的保存时间有不同的保存温度， 因此设计开发一个符合实际需要的冷库温度实时巡回检测系统，检测冷库不同位置的温度，以辅助管理人员及时对冷库温度进行调节，显得十分必要。

　　在传统的冷库温度检测系统中，经常应用热敏电阻之类的温度传感器件，利用它的感温效应，把被测温度转换为电压或电流的形式采集进来，然后进行A/D转换，把模拟的温度值转换为对应的数字温度值，再把数字温度值通过显示设备显示出来，这种需要A/D转换的电路相对来说比较复杂。通过对目前各种温度传感设备的分析研究，本系统对温度传感器件做出合理选择，优化整体结构，提高温度检测精度，同时使系统便于维护，并通过对各种信号传输方式的分析和研究，在保证系统结构简洁、具有较高性价比的基础上，延长数据传输距离。

　　1 系统硬件设计

　　1.1 系统硬件结构

　　系统硬件结构如图1所示。

　　1.2 单片机最小系统

　　单片机最小系统是指用最少的元件组成的可以工作的单片机系统。对单片机来说，最小系统一般应该包括：单片机、晶振电路、复位电路等。

　　采用STC89C52作为控制芯片设计单片机最小系统，设计电路包括时钟电路、复位电路和中断电路。P0口在实际应用时需要加上拉电阻，P0口内部是漏极开路型(作I/O口用时)。因为P0口内部结构是开漏极的，相当于I/O输出口接在输出三极管的集电极，由于集电极是悬空的，因此不可能输出高电平，只有给集电极加上电压，才能输出高电平。P0口内部没有上拉电阻的，而其他三个口有内部上拉电阻。如果P0口作为分时复用口使用，就不需要上拉电阻了，但是作为输入/输出口，P0口要在外电路设计有上拉电阻，这样通过加个上拉电阻就能兼容不同的电平标准。上拉电阻一般用10KΩ，一端接P0口，一端接VCC。

　　单片机的复位由外部的复位电路实现，最简单的是外部按键复位电路。本设计中选用时钟频率为12MHz。单片机最小系统电路图如图2所示。

　　1.3 温度检测电路

　　数字型DS18B20温度传感器有三根引线：单线数据传输总线端口DQ，外供电源线VDD，共用地线GND。DS18B20供电方式有两种：①是数据线供电方式，此时VDD必须接地，通过内部电容器在空闲时从数据线获得能量，从而完成温度转换，相应地需较长的时间完成温度转换。这种情况下，用单片机的一个I/O口来完成对DS18B20总线的上拉。②是外部供电方式(VDD接+5V)，相应地较短时间就可以完成温度的测量。本设计中采用外部供电方式，DS18B20传感器与单片机接口电路如图3所示。

　　1.4 显示电路

　　显示电路根据显示内容和方式的不同可以分为点阵字符LCD、数显LCD、点阵图形LCD。本设计中采用点阵字符LCD，这里采用常用的16个字2行的LCD1602液晶模块。显示电路如图4所示。

　　1.5 报警电路

　　此系统的报警电路采用两个LED和一个蜂鸣器实现，单片机的P1.7和P3.3分别接红色LED和绿色LED，当所采集的冷库所有部位的温度都处于安全温度范围内时D1和D2都不亮，有任何一路温度低于安全温度范围时D1亮而且蜂鸣器响，有任何一路温度高于安全温度范围时D2亮而且蜂鸣器响。报警电路如图5所示。

　　2 系统软件设计

　　2.1 软件功能框架

　　系统软件功能架构如图6所示。

　　2.2 系统软件客户端

　　客户端主要包括选择串口、打开串口、测试、温度曲线图显示、温度值显示、温度上下限设置、声音报警、指示灯变化、用户登录9大功能模块。

　　(1)选择串口模块：设备采用USB接口连接上机位，电脑随机分配一个未占用的com串口，所以需要设置一个灵活的可选择的串口。

　　(2)打开串口模块：打开串口，采集单片机传输过来的温度数据，对数据进行解析、过滤和处理。

　　(3)测试模块：自定义一些温度数据放到文件中，从文件中进行读取，现实温度变化范围较小，测试模块可以展示系统的性能，让用户更加了解本系统。

　　(4)温度曲线显示模块：将处理后的温度数据画成一个曲线图，方便管理人员观察，此模块采用了双缓冲技术。

　　(5)温度值显示模块：将处理后的温度值进行显示，小数点后保存两位，与单片机的显示屏上的数据保持一致，此模块用了双缓冲技术。

　　(6)温度上下限设置模块：根据具体情况设置对应温度上下限，此上下限随时可改，具有灵活性。

　　(7)声音报警模块：当温度超过上下限时，进行声音报警，能够及时提醒工作人员。

　　(8)指示灯变化模块：当温度为正常值时，指示灯为灰色，超过上下限时，指示灯变红。此模块采用双缓冲技术和图片分割技术。

　　(9)用户登录模块：客户端将用户名和密码，发送到服务器端，服务器端进行数据验证，成功则登陆，反之报错。

　　系统软件客户端主界面如图7所示。

　　2.3 系统软件服务器端

　　系统软件服务器端主要包括启动服务器、停止服务器、用户在线信息显示、用户信息管理4大功能模块。

　　(1)启动服务器模块：启动服务器后，服务器开始监听和接收来自客户端的数据。

　　(2)停止服务器模块：停止服务器后，服务器给每个在线的客户端发送“服务器正在维护中”消息，然后删除所有的客户端Socket，关闭服务器端Socket。

　　(3)用户在线信息显示模块：服务器端显示每个用户登陆时间或者下线时间。

　　(4)用户信息管理模块：查询用户信息，增加用户信息，删除用户信息，主要用于对客户端登陆模块的管理。

　　系统软件服务器端主界面如图8所示。

　　3 实验结果分析

　　我们采用4个温度传感器分别置于某冷库的不同位置，验证了冷库温度实时巡回检测系统的实用性。表1为测试所得到的部分数据和结果。

　　由表1可以看到，温度从硬件传到上位机软件后，软件上显示的温度和硬件上显示的一致，当温度高于设置的上限温度和低于设置的下限温度时系统硬件和软件均进行了报警。

　　多次实验测试证明，本系统能够很好地进行温度检测和报警，效果良好。

　　4 结束语

　　本文采用数字型DS18B20温度传感器进行温度采集，温度精度为±0.5℃，具有较好的性能。设计开发的冷库温度实时巡回检测系统在冷库环境中进行多点测试，准确性高、部署灵活、适应性强，达到了预期的设计目标，值得推广。

　　参考文献：

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　　王亚文 李方元 刘凯强